Schwerkraftguss vs. Druckguss

Einleitung

Schwerkraftguss vs. Druckguss ist ein wichtiger Faktor, wenn Hersteller ein Metallgussverfahren für ein neues Bauteil auswählen. Mit diesen beiden Verfahren lassen sich Teile mit gleichbleibenden Abmessungen herstellen, die mit anderen Verfahren nur schwer zu produzieren sind, und die zu einem langlebigen Bauteil führen. Sie unterscheiden sich darin, wie das geschmolzene Metall in die Schimmel, Produktionsleistung, Investitionen in Werkzeuge und die Form, die hergestellt werden kann.

Der Schwerkraftdruckguss ist eine Form des Schwerkraftgusses und wird hauptsächlich für zahlreiche mittelgroße Serienteile und Komponenten eingesetzt, bei denen eine kontrollierte Erstarrung erforderlich ist. Hochdruck-Druckguss (HPDC): Geschmolzenes Metall wird unter Druck mit hoher Geschwindigkeit in eine Form eingespritzt, was sich ideal für die Herstellung großer Stückzahlen dünnwandiger, komplexer Teile eignet.

Schnellvergleich: Schwerkraftguss vs. Druckguss

Was ist Schwerkraftguss?

Der Schwerkraftguss ist ein Metallumformungsverfahren, bei dem geschmolzenes Metall unter Einwirkung der Schwerkraft in eine Form gegossen wird. Handelt es sich um eine wiederverwendbare Form aus Stahl oder Gusseisen, wird das Verfahren üblicherweise als Schwerkraftguss bezeichnet. Druckguss oder im Festformguss.

Schwerkraftguss ist ein Gussverfahren, bei dem zum Befüllen der Form kein Hochdruck-Einspritzsystem erforderlich ist. Die Gussqualität lässt sich durch die Steuerung der Formtemperatur, der Gießgeschwindigkeit, der Angussgestaltung und der Kühlbedingungen im Fertigungsprozess regeln.

Wie funktioniert das Schwerkraftgussverfahren?

Im Folgenden wird die übliche Vorgehensweise beschrieben:

• Vorbereitung der Form: Dies wird vom Hersteller durchgeführt, der die Form bei Bedarf reinigt und vorheizt und sie anschließend mit einer geeigneten Beschichtung versieht.
• Die Legierung wird geschmolzen und hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Temperatur analysiert.
• Gießen: Geschmolzenes Metall wird in die Form gegossen, wo es sich durch die Schwerkraft ausfüllt.
• Verfestigung: Das Metall kühlt ab und erstarrt, wobei die Schrumpfung durch die Form und das Zuführsystem gesteuert wird.
• Entfernung von Teilen: Die Form wird geöffnet, und der Guss wird aus der Form entnommen.
• Fertigstellen und prüfen: Grate und überschüssiges Material werden abgeschnitten und anschließend je nach Bedarf bearbeitet, oberflächenbearbeitet oder geprüft.

Welche Materialien werden beim Schwerkraftguss verwendet?

Aluminiumlegierungen werden vor allem beim Schwerkraftguss verwendet. Wenn die Schimmel Sofern das Material, die Arbeitstemperatur und die Auslegung des Verfahrens geeignet sind, können auch andere Nichteisenlegierungen verwendet werden.

Was sind die Vorteile des Schwerkraftgusses?

• Ein richtig ausgelegter, schwerkraftgespeister Metallfluss kann Turbulenzen während des Abfüllvorgangs minimieren; dies wird als kontrolliertes Abfüllen bezeichnet.
• Möglicherweise geringe Porosität: Durch die Steuerung des Prozesses lassen sich dichte Gussteile mit guter innerer Festigkeit herstellen.
• Möglichkeiten der Wärmebehandlung: Viele Aluminiumlegierungen für den Schwerkraftguss lassen sich durch Wärmebehandlung so behandeln, dass sich ihre mechanischen Eigenschaften verbessern.
• Maßvolle Investitionen in Werkzeuge: Normalerweise ist der Bau einer Dauerform nicht so kompliziert wie Druckguss Werkzeuge.
• Geeignete mechanische Eigenschaften: Bei geeigneter Legierung und Gussqualität eignet sich das Verfahren zur Herstellung zuverlässiger mechanischer Bauteile für Konstruktions- und Druckanwendungen.

Was sind die Einschränkungen beim Schwerkraftguss?

• Aufgrund der langen Produktionszeit ist das Schwerkraftgießen in der Regel zeitaufwendiger als das HPDC-Verfahren.
• Dünne Abschnitte und komplexe Strukturen, die ausgefüllt werden müssen, können eine größere Herausforderung darstellen, und es kann eine zusätzliche Bearbeitung erforderlich sein, um enge Toleranzen einzuhalten.
• Zwar sind die Kosten für das Werkzeug bei HPDC manchmal höher als die Kosten für ein Festformwerkzeug, doch auch bei Letzterem sind Investitionen erforderlich.

Was ist Druckguss?

Druckguss ist ein Fertigungsverfahren, bei dem eine wiederverwendbare Metallform mit geschmolzenem Metall gefüllt wird.

Hochdruckdruckguss: Eine Maschine presst das geschmolzene Metall unter hohem Druck in den Formhohlraum, wodurch das Metall vor dem Erstarren die Details des Formhohlraums ausfüllen kann.

Es wird häufig in Situationen eingesetzt, in denen Hersteller dünne Wandstärken, hohe Produktionsraten und komplexe Geometrien benötigen und eine gleichbleibende Größe wünschen.

Wie funktioniert der Druckguss?

Das allgemeine Verfahren für HPDC lautet wie folgt:

• Reinigung, Schmierung und Vorbereitung der Matrize für die Produktion.
• Schmelzen von Legierungen: Die Legierung wird geschmolzen und innerhalb des für den Prozess erforderlichen Temperaturbereichs gehalten.
• Einspritzung: Das geschmolzene Metall steht unter hohem Druck und wird in den Hohlraum der Form gegossen.
• Kühlung: Das Metall wird unter kontrollierten Bedingungen in der Form verfestigt.
• Auswurf: Das Gussteil wird durch Auswerferstifte aus der Form ausgeworfen.
• Zuschneiden und Prüfung: Überschüssiges Material entfernen und das Bauteil auf Maß- und Gussfehler prüfen.

Was sind die beiden wichtigsten Arten des Druckgusses?

Grundsätzlich gibt es zwei Arten des konventionellen Druckgusses: den Heißkammer- und den Kaltkammerdruckguss.

Heißkammer-Druckguss

Beim Heißkammer-Druckguss wird ein Teil des Einspritzsystems in die Metallschmelze eingetaucht oder mit dieser verbunden. Durch diese Anordnung entfällt die Notwendigkeit, bei jedem Zyklus Metallschmelze in das Einspritzsystem zu befördern.

Kaltkammer-Druckguss

Beim Kaltkammer-Druckguss wird das Metall in einem externen Ofen geschmolzen und bei jedem Zyklus in die Gusskammer gegossen. Dieses Verfahren wird für Aluminiumlegierungen sowie für einige Magnesium- und Kupferlegierungen angewendet.

Was sind die Vorteile des Druckgussverfahrens?

• Hohe Produktionsgeschwindigkeit: HPDC ist aufgrund der kurzen Zykluszeiten die ideale Wahl für Großaufträge.
• Komplexe Geometrie: Mit diesem Verfahren lassen sich komplexe Geometrien mit dünnen Wänden nachbilden.
• Wiederholbare Maße: Eine gute Konstruktion der Werkzeuge und kontrollierte Prozesse tragen dazu bei, eine gleichbleibende Maßhaltigkeit zu gewährleisten.
• Gute Oberflächenqualität: Die Teile können so bearbeitet werden, dass ihre Oberflächen glatt genug für verschiedene Oberflächenbehandlungen sind.
• Produktionseffizienz: Durch die Near-Net-Shape-Fertigung lassen sich Bearbeitungsaufwand und Materialabfall reduzieren.

Was sind die Einschränkungen beim Druckguss?

• Die Anfangsinvestition im Druckgussverfahren ist relativ hoch, da hierfür Spezialmaschinen erforderlich sind und zudem hochwertige, langlebige und präzise gefertigte Werkzeuge benötigt werden.
• Ein weiteres Problem bei der schnellen Metalleinspritzung ist die Möglichkeit, dass Gas eingeschlossen wird, was sich auf die mechanischen Eigenschaften, die Druckdichtheit oder die Oberflächenqualität auswirkt.
• Diese Einschränkungen lassen sich durch den Einsatz von vakuumunterstützten und anderen hochpräzisen Druckgussverfahren minimieren.

Was ist der Unterschied zwischen Schwerkraftguss und Druckguss?

Der wesentliche Unterschied liegt in der Art und Weise, wie das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird. Beim Schwerkraftguss kommt die Schwerkraft zum Einsatz, während beim HPDC-Verfahren ein motorbetriebenes Einspritzsystem zum Einsatz kommt.

1. Produktionsgeschwindigkeit und -menge.

In der Regel dauert das Schwerkraftgussverfahren länger, da das Metall in die Schimmel und muss abkühlen, bevor es entnommen wird. Je nach Bedarf an Werkzeugen und Teilen.

HPDC ermöglicht kurze Zykluszeiten und eignet sich für die Großserienfertigung.

2. Konstruktionskomplexität und Maßgenauigkeit

Der Schwerkraftguss eignet sich für eine Vielzahl von Bauteilen, die eine mäßig komplexe Geometrie aufweisen und relativ dickwandig sind.

Mit HPDC lassen sich komplexe, integrierte Geometrien, dünnere Wände und filigrane Details erstellen.

3. Festigkeit, Porosität und Wärmebehandlung

Wenn der Gussvorgang und die Erstarrung kontrolliert werden, lässt sich bei einem Schwerkraftgussverfahren eine gute Qualität der Gussteile erzielen.

Zwar eignet sich das HPDC-Verfahren zur Herstellung fester und leichter Bauteile, doch kann das schnelle Einspritzen zur Bildung von Gasporen führen.

4. Oberflächenbearbeitung und Nachbearbeitung.

Die Gussoberfläche ist in der Regel glatt, und kleine Oberflächendetails werden gut wiedergegeben. Dies kann die Konstruktion vereinfachen und somit den Aufwand für bestimmte Bearbeitungsschritte verringern.

Auch bei Schwerkraftgussteilen lässt sich eine gute Oberflächenqualität erzielen, insbesondere bei gut gewarteten Metallformen.

Kostenvergleich: Welches Gussverfahren ist wirtschaftlicher?

Anwendungsbereiche des Schwerkraftgusses und des Druckgusses

Hier sind einige Beispiele für gängige Anwendungsbereiche des Schwerkraftgusses.

Gängige Anwendungsbereiche des Schwerkraftgusses

• Ausgewählte Motorenteile, Zylinderköpfe und Gehäuse für Kraftfahrzeuge.
• Pumpengehäuse, Ventilgehäuse und Komponenten für Industriemaschinen.
• Getriebe- und Getriebegehäuse aus Aluminium.
• Bauteile, die entsprechende mechanische Eigenschaften aufweisen müssen.
• Luft- und Raumfahrt, Sportausrüstung und elektrische Komponenten (sofern zutreffend) mit Material- und Qualifikationsanforderungen.

Gängige Anwendungsbereiche des Druckgussverfahrens

• Getriebegehäuse, Abdeckungen, Halterungen und Verkleidungen für Kraftfahrzeuge.
• Elektronikgehäuse, Steckverbinder und Kühlkörpergehäuse.
• Gehäuse für Haushaltsgeräte und Teile von Konsumgütern.
• Abdeckungen und Konstruktionsbeschläge für Industrieanlagen.
• Dünnwandige, leichte Bauteile mit komplexen Geometrien.

Welche drei Arten des Gießens gibt es?

Es gibt drei beliebte Arten:

1. Sandguss: Das Metall wird geschmolzen und in eine Sandform gegossen. Dieses Verfahren eignet sich für große Bauteile und eine Vielzahl von Legierungen, und die Formherstellung ist relativ kostengünstig.
2. Feinguss: Ein Einwegwachs oder ein ähnliches Material wird mit feuerfesten Materialien beschichtet, um eine Form zu bilden. Nach dem Entfernen des Modells bleibt ein Hohlraum zurück, der zur Herstellung einer komplexen Form mit feinen Details dient.
3. Druckguss: Geschmolzenes Metall wird in eine wiederverwendbare Metallform gegossen, entweder durch Schwerkraft oder mithilfe eines Systems, das das Metall unter Druck einpresst.

So entscheiden Sie sich zwischen Schwerkraftguss und Druckguss

Hersteller sollten vor der Auswahl eines Verfahrens die folgenden Faktoren berücksichtigen:

• Entwurfsprüfung: Wandstärke, Hohlraum, Rippen, Vorsprünge, Entformungsschräge und Maßtoleranzen.
• Materialbedarf: Stellen Sie sicher, dass die Anforderungen hinsichtlich Legierungskompatibilität, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Betriebstemperatur und Wärmebehandlung erfüllt sind.
• Produktionsvolumen: Schätzen Sie sowohl die anfängliche Nachfrage als auch das erwartete Gesamtvolumen über die gesamte Lebensdauer.
• Qualitätsanforderungen: Legen Sie die zulässige Porosität, Druckdichtheit, Oberflächenbeschaffenheit und die Prüfverfahren fest.
• TGesamtkosten: Berücksichtigen Sie Werkzeugbau, Stückfertigung, Zerspanung, Endbearbeitung, Prüfung und Logistik.

Prozess-Know-how des Herstellers, Ausrüstung, Qualitätsmanagementsystem und Lieferfähigkeit der Zulieferer. Im Rahmen einer DFM-Prüfung (Design for Manufacturing) werden Möglichkeiten bereits in der Vorentwurfsphase identifiziert, um die Form zu vereinfachen, den Metallfluss zu verbessern, den Bearbeitungsaufwand zu reduzieren und die Kosten in der Fertigung zu kontrollieren.

Schlussfolgerung

Sowohl das Schwerkraftgussverfahren als auch der Hochdruckguss liefern Bauteile mit hoher Zuverlässigkeit und werden je nach den jeweiligen Fertigungsanforderungen eingesetzt.

Das Schwerkraftgussverfahren wird häufig für kleine bis mittlere Stückzahlen, dickere Wandstärken und Legierungen eingesetzt, die möglicherweise einer Wärmebehandlung bedürfen. Der Hochdruckguss wird in der Regel für komplexe Bauteile oder Bauteile mit dünnen Wandstärken sowie für die Großserienfertigung bevorzugt.

Preis und Geschwindigkeit sind nicht die einzigen Kriterien, wenn es um das beste Verfahren geht. Die Entscheidung hängt von den Materialeigenschaften, der Bauteilgeometrie, den Anforderungen an die Porosität, den Maßtoleranzen, den Investitionen in Werkzeuge und der Gesamtleistung ab. Ein frühzeitiger Abgleich dieser Faktoren ermöglicht es den Herstellern, ein Gleichgewicht zwischen Qualität, Leistung und Kosten zu erreichen.

Häufig gestellte Fragen

Wie viele Arten von Gussverfahren gibt es?

Sandguss, Feinguss und Druckguss sind die drei gängigen Gussverfahren. Beim Sandguss wird eine Sandform verwendet, beim Feinguss ein Einwegmodell und eine feuerfeste Form, und beim Druckguss eine wiederverwendbare Metallform. Weitere Verfahren sind der Schwerkraftguss, der Schleuderguss und der Strangguss.

Was bedeutet „Schwerkraftdruckguss“?

Beim Schwerkraftguss wird geschmolzenes Metall in eine wiederverwendbare Form gegossen oder durch Schwerkraft in diese geleitet, ohne dass es unter hohem Druck eingepresst wird. Dieses Verfahren wird für Aluminiumteile eingesetzt und ermöglicht bei richtiger Abstimmung von Legierung, Form und Prozess eine hohe Maßgenauigkeit und innere Festigkeit.

Wie viele Arten des Druckgusses gibt es?

Es gibt zwei wesentliche Arten: Warmkammer- und Kaltkammer-Druckguss. Zink und andere geeignete Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt werden in der Regel in Heißkammeranlagen verarbeitet. Die Aluminiumlegierung und andere Metalle, die vor der Zuführung in die Einspritzkammer geschmolzen werden müssen, werden üblicherweise in Kaltkammeranlagen geschmolzen.

Wofür stehen die Abkürzungen PDC und GDC?

In der Regel ist PDC die Abkürzung für Druckguss, genauer gesagt für Hochdruckguss (HPDC), bei dem geschmolzenes Metall unter Druck in eine Form gepresst wird. Beim Schwerkraftdruckguss (GDC) wird geschmolzenes Metall durch die Schwerkraft in eine wiederverwendbare Metallform gepresst. PDC wird in der Regel bei größeren Produktionsmengen oder zur schnellen Fertigung eingesetzt, während GDC sowohl für kleinere Serien als auch für Bauteile verwendet werden kann, bei denen eine kontrollierte Erstarrung erforderlich ist.